一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室制造技术

本实用新型专利技术公开了一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，包括电离室探头，所述电离室探头包括外壳、蜂窝屏蔽栅网、金属管、绝缘子及法兰；所述外壳为圆柱状，底部通过预留凹槽固定底部的绝缘子；所述底部的绝缘子连接金属管及蜂窝屏蔽栅网的下端；所述金属管位于蜂窝屏蔽栅网的内圈且与蜂窝屏蔽栅网及外壳同轴；所述金属管及蜂窝屏蔽栅网的上端连接顶部的绝缘子；所述顶部的绝缘子与外壳之间连接有法兰，所述法兰用于密封电离室。该方案大大提高了气体电离室的探测效率，降低了电离室内部电子复合概率，从而提高气体电离室的最高探测限以及电离室能量分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室
本技术属于气体探测器领域，具体涉及一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室。
技术介绍
核技术的快速发展使得核安全监控变得尤为重要，现有核安全监测设备大多使用固体探测器如闪烁体探测器和半导体探测器，极少使用气体探测器。虽然气体探测器对于辐照探测具有其独有的一些优势，比如抗辐照性能强，能量分辨率不受温度影响，结构简单易用，制作以及造价相对便宜等。但是，气体探测器很少用于安全监测的主要原因包括以下几点：1)大部分气体探测器探测效率低，2)每秒光子计数率低，3)γ射线能谱能量分辨率低。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，有效解决了气体探测器探测效率低、光子计数率低以及γ射线能谱分辨率低的问题，提高了γ射线能谱能量分辨率。为实现上述目的，本技术采用的技术方案在于：一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，包括电离室探头，所述电离室探头包括外壳、蜂窝屏蔽栅网、金属管、绝缘子及法兰。所述外壳为圆柱状，底部通过预留凹槽固定底部的绝缘子；所述底部的绝缘子连接金属管及蜂窝屏蔽栅网的下端；所述金属管位于蜂窝屏蔽栅网的内圈且与蜂窝屏蔽栅网及外壳同轴；所述金属管及蜂窝屏蔽栅网的上端连接顶部的绝缘子；所述顶部的绝缘子与外壳之间连接有法兰，所述法兰用于密封电离室。进一步的，所述法兰上设置有馈通件A)和馈通件B，所述馈通件A的一端与蜂窝屏蔽栅网连接，所述馈通件B的一端与外壳连接；所述顶部的绝缘子上设置有电极A和电极B，所述电极A的一端固定在底部的绝缘子上，所述电极B的一端连接金属管。由于电离室各电极之间的电压差高达上万伏，使用馈通件可满足电离室各电极之间的绝缘性能；所述电极A用于作为参考零电位，所述电极B用于传导电离室金属阳极管上产生的电流信号。进一步的，所述法兰上还设置有充气阀门及法兰垫片；所述充气阀门可用于将电离室内部抽至超高真空状态，约为10-3pa左右；另外可通过充气阀向电离室内部充入50大气压的电离气体；所述法兰垫片可提升电离室的气密性，提高电离室使用寿命。进一步的，所述电离室探头的内部用于充入氙离子吸附气体。进一步的，所述外壳使用不锈钢材料，所述金属管使用钛金属材料，所述绝缘子使用陶瓷材料，所述馈通件使用陶瓷材料。进一步的，所述外壳的厚度为3mm，直径为100mm，长度为255mm。进一步的，所述蜂窝屏蔽栅网的厚度为0.3mm，直径为36.76mm，长度为220mm。一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室的制造方法，包括以下步骤：步骤S1，装配所述电离室探头；步骤S2，对所述电离室探头进行抽真空与充气实验，并完成至少40倍大气压以及24小时以上的承压安全实验；步骤S3，根据蒙特卡罗方法模拟计算的结果，给所述高气压蜂窝屏栅电离室各电极加上高压测试高气压蜂窝屏栅电离室输出信号；步骤S4，将所述电离室探头及所有电子学设备整体封装于绝缘材料与封装外壳中。进一步的，所述步骤S1包括：步骤S11，对所述外壳、法兰及蜂窝屏蔽栅网进行抛光、打磨及打孔；步骤S12，将两个电极分别连接在顶部的绝缘子上，将电极A的一端固定在所述底部的绝缘子上，在所述金属管上打一小孔，将电极B的一端与所述金属管进行连接；步骤S13，将所述蜂窝屏蔽栅网固定在两个绝缘子之间；步骤S14，将上端的绝缘子、两个馈通件、充气阀门及法兰垫片与所述法兰连接，并清洗所述法兰。与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：1)本技术通过向气体电离室内充入高气压氙离子吸附气体，大大提高了气体电离室的探测效率，降低了电离室内部电子复合概率，从而提高气体电离室的最高探测限以及电离室能量分辨率；2)本技术通过设计电离室蜂窝屏蔽栅网结构，提升了电离室屏蔽栅网的抗震动能力，使得电离室内部电场稳定，电离电子在电离室内部漂移过程平稳，电离室阳极输出信号波动减小，提高屏栅电离室能量分辨率；3)本技术通过设计电离室蜂窝屏蔽栅网结构，将外部射线在电离室内电离产生的正离子信号屏蔽掉，从而使得电离室获得的脉冲信号几乎全部由电离电子贡献。又由于电子在电离室内的漂移速度比正离子在电离室内的漂移速度大三个数量级以上，所以单个电离室脉冲信号的收集时间也同样能够缩短三个数量级，从而大大提高了电离室探测器的计数率；4)本技术通过设计电离室蜂窝屏蔽栅网结构，使得电离室获得的脉冲信号几乎全部由电离电子贡献。由于避免了正离子信号的影响，使电离室电流信号在收集过程中的统计误差降低，电离室探测能谱的能量分辨率也因此提升；5)本技术使用法兰连接的方式，方便屏栅电离室的拆卸，易于对屏栅电离室内部结构进行优化调整；与此同时，电离室在使用年限维护时更加简单高效。附图说明图1为本技术电离室探头结构示意图；图2为氙离子吸附气体工作原理图；图3为外壳厚度对不同能量γ射线吸收率；图4为高气压蜂窝屏栅电离室内部工作原理图；图5为高气压蜂窝屏栅电离室内电离区能量沉积份额随栅极-阴极距离的变化；图6为高气压蜂窝屏栅电离室内部汤森系数随电场强度的变化；图7为高气压蜂窝屏栅电离室内部电场强度分布图；图8为高气压蜂窝屏栅电离室沿径向电场强度分布图；图9为本技术抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室的制造方法流程图；图10为装配电离室探头的具体流程图。附图标记：1、外壳；2、蜂窝屏蔽栅网；3、金属管；4、绝缘子；5、法兰；6、馈通件A；7、馈通件B；8、电极A；9、电极B。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本技术的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，包括电离室探头，电离室探头包括外壳1、蜂窝屏蔽栅网2、金属管3、绝缘子4和法兰5。电离室探头的外壳1为凸形圆柱状壳体，作为高压电极，即电离室阴极；蜂窝屏蔽栅网2位于外壳1的内部，与外壳同轴，作为栅极；金属管3位于蜂窝屏蔽栅网2的内部，与外壳1和蜂窝屏蔽栅网2同轴，作为收集级，即电离室阳极。电离室探头的金属管3和蜂窝屏蔽栅网2同时固定在上下两端绝缘子4上，然后将上端绝缘子4与法兰5连接，法兰5用于密封电离室。同时，将两个馈通件同样固定在法兰5上，其中馈通件A6的一端与蜂窝屏蔽栅网2连接，馈通件B7的一端和电离室的外壳连1接；顶部的绝缘子4上设置有电极A8和电极B9，电极A8的一端固定在底部绝缘子4上，电极B9的一端连接金属管3。在法兰5的内侧设置法兰垫片。另外，电离室探头还设置有一充气阀门，连接在法兰5上。外壳1内用于充入氙气与氢气的混合气体，环境辐射中的γ射线入射到电离室内，使混合气体电离产生电子，电子漂移过程中，作为阳极的金属管上会产生感应电流，并通过电极B9进行输出。电离室探头的外壳1使用的材料为304不锈钢材料，直径为100mm，长度为255mm，厚度为3mm，密度7.8g/cm3。蜂窝屏蔽栅网2直径为36.75mm，长度为220mm厚度为0.3mm，网间距5mm，密度7.8g/cm3。金属管3直径为10mm，长度为200mm，厚度为1mm，密度4.51g/cm3。电离室的工作原理如下：当环境辐射中的γ射线入射到电离室时，他们与外壳1及外壳1内部充入的高气压混合气体相互作用产生次级电子，使混合气体电离。电离产生的电子离子对在外加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，包括电离室探头，其特征在于，所述电离室探头包括外壳(1)、蜂窝屏蔽栅网(2)、金属管(3)、绝缘子(4)及法兰(5)；所述外壳(1)为圆柱状，底部通过预留凹槽固定底部的绝缘子(4)；所述底部的绝缘子(4)连接金属管(3)及蜂窝屏蔽栅网(2)的下端；所述金属管(3)位于蜂窝屏蔽栅网(2)的内圈且与蜂窝屏蔽栅网(2)及外壳(1)同轴；所述金属管(3)及蜂窝屏蔽栅网(2)的上端连接顶部的绝缘子(4)；所述顶部的绝缘子(4)与外壳之间连接有法兰(5)，所述法兰(5)用于密封电离室。

【技术特征摘要】
1.一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，包括电离室探头，其特征在于，所述电离室探头包括外壳(1)、蜂窝屏蔽栅网(2)、金属管(3)、绝缘子(4)及法兰(5)；所述外壳(1)为圆柱状，底部通过预留凹槽固定底部的绝缘子(4)；所述底部的绝缘子(4)连接金属管(3)及蜂窝屏蔽栅网(2)的下端；所述金属管(3)位于蜂窝屏蔽栅网(2)的内圈且与蜂窝屏蔽栅网(2)及外壳(1)同轴；所述金属管(3)及蜂窝屏蔽栅网(2)的上端连接顶部的绝缘子(4)；所述顶部的绝缘子(4)与外壳之间连接有法兰(5)，所述法兰(5)用于密封电离室。2.根据权利要求1所述的一种抗辐照高气压蜂窝屏栅电离室，其特征在于，所述法兰(5)上设置有馈通件A(6)和馈通件B(7)，所述馈通件A(6)的一端与蜂窝屏蔽栅网(2)连接，所述馈通件B(7)的一端与外壳(1)连接；所述顶部的绝缘子(4)上设置有电极A(8)和电极B...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚频，汤晓斌，张金钊，朱晓翔，颜文，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32